混凝土泵車底架設(shè)計(jì)及制造技術(shù)淺析之一

    混凝土泵車的底架大多由回轉(zhuǎn)底座、支腿、擺動(dòng)油缸、伸縮油缸組成。作為混凝土泵車的主要受力構(gòu)件，其底架結(jié)構(gòu)大多設(shè)計(jì)成箱形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部又兼有油箱和水箱，它的設(shè)計(jì)合理與否，直接影響著混凝土泵車的可靠性、整機(jī)穩(wěn)定性和整機(jī)自重。在BAUMA CHINA2004國(guó)際博覽會(huì)上，許多國(guó)際知名的國(guó)內(nèi)外企業(yè)都展示出了自己的新產(chǎn)品或拳頭產(chǎn)品，同時(shí)也顯示出了底架的設(shè)計(jì)制造水平及造型風(fēng)格。伴隨著國(guó)內(nèi)工程機(jī)械的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)混凝土泵車底架的設(shè)計(jì)制造技術(shù)同國(guó)外先進(jìn)水平的差距已越來(lái)越小。同時(shí)國(guó)內(nèi)廠家在底架結(jié)構(gòu)工藝性及設(shè)計(jì)方面的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，結(jié)合 多年來(lái)對(duì)泵車結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)制造方面的工作心得以及多次參加大型展覽會(huì)的切身體會(huì)，談?wù)勎覈?guó)當(dāng)前混凝土泵車底架的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，以及同國(guó)外先進(jìn)水平所面臨的差距。
　　
    一、混凝土泵車底架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及主要連接方式。

    混凝土泵車的底架結(jié)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)底座及支腿構(gòu)成，回轉(zhuǎn)底座主要作為聯(lián)結(jié)下車底盤，承擔(dān)上車臂架的工作重量及震動(dòng)；支腿的作用是保證混凝土泵車在工作中的安全性和穩(wěn)定性。由于混凝土泵車不像起重機(jī)那樣安裝平衡重，因此當(dāng)泵車的水平外伸量較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的傾覆力矩，這些傾覆力矩主要靠支腿的反力來(lái)平衡，因此，要求支腿要有足夠的結(jié)構(gòu)尺寸，足夠的支撐面積。同時(shí)回轉(zhuǎn)底座及支腿還要有足夠的強(qiáng)度和抗疲勞性。

    底架結(jié)構(gòu)按照支腿的伸展支撐方式主要分為：前后擺動(dòng)型支腿、前后伸縮型支腿、前伸縮后擺動(dòng)型支腿。

　　前后擺動(dòng)型支腿形式的底架結(jié)構(gòu)，支腿的張開是繞回轉(zhuǎn)底座的鉸點(diǎn)擺動(dòng)來(lái)完成的，工作穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單，但在泵車的兩側(cè)必須留有足夠的空間，作業(yè)場(chǎng)地受到了一定的限制。由于受到整車外形尺寸的限制，及整車工作穩(wěn)定性的原因，國(guó)內(nèi)外混凝土泵車生產(chǎn)廠家大多采用此種結(jié)構(gòu)形式。

    前后伸縮型支腿也稱XH型支腿，是指支腿在回轉(zhuǎn)底座的箱形框架內(nèi)水平伸展及回縮，泵車左右兩側(cè)的支腿可以呈X形立體交叉，也可以平行伸縮。由于受到泵車寬度尺寸的影響，其支腿的結(jié)構(gòu)尺寸及伸展長(zhǎng)度受到很大的限制，對(duì)回轉(zhuǎn)底座箱形框架的制造精度要求較高，同時(shí)其整個(gè)底架結(jié)構(gòu)的重量也相對(duì)重一些，且需采用內(nèi)置式油缸，拆裝維修困難，所以在37米以上級(jí)別系列已很少有廠家采用。只是在泵車發(fā)展的早期階段被大多數(shù)廠家使用，但是由于其具有更為靈活的作業(yè)空間，現(xiàn)在仍然有廠家在運(yùn)用這種結(jié)構(gòu)形式。如意大利CIFA37米泵車、MEBC037米泵車。

    前伸縮后擺動(dòng)型支腿結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是在回轉(zhuǎn)底座的前端部連接伸縮型支腿，后部連接擺動(dòng)型支腿，由于該型的底架結(jié)構(gòu)結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，重量降低且具有狹窄工地施工的優(yōu)勢(shì)，被越來(lái)越多的廠家所采用。2004年徐工重型就在國(guó)內(nèi)首家推出了前伸縮后擺動(dòng)型支腿結(jié)構(gòu)的泵車HB40，其國(guó)外的生產(chǎn)廠家主要有德國(guó)PM公司42米以下級(jí)別系列、韓國(guó)全進(jìn)40米以下級(jí)別系列等。

    二、混凝土泵車底架設(shè)計(jì)制造中的難點(diǎn)及重點(diǎn)。

    回轉(zhuǎn)底座作為底架結(jié)構(gòu)中的主要連接結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，即要保證工作中的動(dòng)強(qiáng)度及剛性，又要使焊縫具有耐震動(dòng)的能力，所以如何有效的正確計(jì)算，得出整個(gè)回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力分布是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。徐工重型大力開展有限元方面的研究，對(duì)回轉(zhuǎn)底座的計(jì)算進(jìn)行了成功的探索，取得了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)回轉(zhuǎn)底座內(nèi)部又大多設(shè)計(jì)成油箱及水箱，如何避免焊接區(qū)域延時(shí)裂紋的產(chǎn)生是制造中的難點(diǎn)；有效避免焊縫的滲漏也是制造工作中一大重點(diǎn)。磁粉探傷加煤油滲漏檢測(cè)法及其超聲波檢測(cè)法都是很好的檢測(cè)方法。具體采用何種經(jīng)濟(jì)的方法，國(guó)內(nèi)廠家還要根據(jù)自身設(shè)備情況進(jìn)行比較分析并最終確定。

    一般情況下，混凝土泵車底架回轉(zhuǎn)區(qū)域由于連接回轉(zhuǎn)支撐及回轉(zhuǎn)減速機(jī)，為了保證回轉(zhuǎn)減速機(jī)及回轉(zhuǎn)支撐具有良好的嚙和特性，回轉(zhuǎn)部位均設(shè)計(jì)具有較大的剛度，在該區(qū)域的設(shè)計(jì)各廠家都探索出了有效的解決辦法，廣泛采用的辦法是薄座圈板加筋增加整體剛性的辦法以及厚座圈鋼板的連接方法。

    意大利CIFA公司在這方面進(jìn)行了很好的探索，該公司采用了厚座圈板整體鑄鋼的方案，使簡(jiǎn)體與座圈板的焊縫整體下移，既保證了回轉(zhuǎn)區(qū)域的高剛性，又有效解決了座圈板焊接變形的問(wèn)題。
　　
    為了使底架中支腿結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能更強(qiáng)，在支腿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中廣泛使用了超高強(qiáng)度鋼材諸如WELDOX700、WELDOX960等新材料，同時(shí)其主要受力焊縫大多處理成坡口角形凸焊縫，增強(qiáng)了焊縫因震動(dòng)而引起的疲勞特性，使應(yīng)力集中的程度降至最小。所以支腿結(jié)構(gòu)主受力焊縫如何處理應(yīng)作為一個(gè)重點(diǎn)來(lái)把握。

    回轉(zhuǎn)底座與支腿鉸點(diǎn)的連接區(qū)域，是底架結(jié)構(gòu)的最危險(xiǎn)區(qū)域，因此，回轉(zhuǎn)底座與支腿連接鉸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的又一個(gè)重點(diǎn)。由于受計(jì)算方法、經(jīng)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)手段的影響。在底架結(jié)構(gòu)鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì)上呈現(xiàn)出多樣化及個(gè)性化的趨勢(shì)：意大利ANTONELLI公司在鉸點(diǎn)的設(shè)計(jì)方面就傾向于箱形結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)思想與制造難度比較符合國(guó)內(nèi)廠家的思路，成為眾多廠家模仿的籃本。意大利CIFA公司則采用了厚板對(duì)接的連接結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)有其折疊空間小的優(yōu)點(diǎn)，仍然有不少?gòu)S家采用。這種結(jié)構(gòu)形式在焊接中就需要很好的處理厚板與薄板件的對(duì)接、厚板焊前預(yù)熱問(wèn)題。德國(guó)PM公司在鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的處理上最有特色一博采眾長(zhǎng)，多樣化，其42米以下級(jí)別系列采用了厚薄板對(duì)接的連接方式，42米以上級(jí)別系列則采用了箱形的連接結(jié)構(gòu)，可見其設(shè)計(jì)及制造技術(shù)研究的具體化、深入化。